智能配電網(wǎng)供電可靠性提升研究

成鳳東

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司潮州供電局，廣東 潮州 521000）

0 引 言

配電網(wǎng)作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)輸電網(wǎng)與用戶之間的連接，容易受到其他因素的干擾，導(dǎo)致供電質(zhì)量不佳，無(wú)法滿足用戶的用電需求。面對(duì)建設(shè)日益完善的智能配電網(wǎng)，提升供電可靠性，降低各因素影響，是當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。

1 影響智能配電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)因素

1.1 網(wǎng)架可靠性

網(wǎng)架可靠性在一定程度上決定了智能配電網(wǎng)的供電可靠性，尤其是電網(wǎng)網(wǎng)架內(nèi)的設(shè)備和線路可靠性，涉及線路類型、接地點(diǎn)、聯(lián)絡(luò)方式以及支路數(shù)目等多個(gè)方面。任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)存在設(shè)計(jì)不合理的情況，均會(huì)影響配電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)。以線路類型與聯(lián)絡(luò)方式為例，兩者確定了配電網(wǎng)供電范圍，需要基于實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，通過(guò)提高網(wǎng)架可靠性來(lái)確保配電網(wǎng)可靠運(yùn)行。

1.2 自愈能力

當(dāng)配電網(wǎng)發(fā)生運(yùn)行故障時(shí)，自愈恢復(fù)能力的高低決定了配電網(wǎng)運(yùn)行可靠性。事故發(fā)生后，要以不影響用戶正常供電為基礎(chǔ)，自動(dòng)切除和隔離故障設(shè)備或元件，且通過(guò)饋線自動(dòng)化設(shè)備的作用控制停電范圍，將事故影響降到最低[1]。只有提升故障自愈恢復(fù)能力，才能夠更好地保障供電質(zhì)量，做到停電不失供、先復(fù)電后停電，提高智能配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性。

1.3 負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力

所謂負(fù)荷轉(zhuǎn)供，是指用電高峰階段用戶是否可以快速轉(zhuǎn)供到其他電源點(diǎn)，系統(tǒng)是否具備降低停電損失的能力。綜合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可以確定，存在諸多因素會(huì)增加用戶停電損失，且隨著停電時(shí)間的延長(zhǎng)，造成的損失會(huì)愈發(fā)嚴(yán)重。通過(guò)負(fù)荷轉(zhuǎn)供操作，可以減少此損失。以往應(yīng)用傳統(tǒng)故障隔離技術(shù)時(shí)，要結(jié)合實(shí)際判斷轉(zhuǎn)移負(fù)荷應(yīng)用的可行性，同時(shí)需要有多種負(fù)荷轉(zhuǎn)供裝置來(lái)配合使用。負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力越強(qiáng)，配電網(wǎng)運(yùn)行事故造成的影響越小，配電網(wǎng)的運(yùn)行可靠性也就越高。

2 智能配電網(wǎng)供電可靠性優(yōu)化方向

2.1 網(wǎng)架改造優(yōu)化

首先確定網(wǎng)架可靠性與配電網(wǎng)可靠性之間的關(guān)系，基于實(shí)際需求對(duì)其進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，接入新能源分布式電源，進(jìn)一步簡(jiǎn)化配電網(wǎng)運(yùn)行。其次，更改變電站間隔為環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，代替以往的環(huán)形結(jié)構(gòu)。最后，構(gòu)建星型配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，作為網(wǎng)架改造優(yōu)化的新方向。

2.2 提升自動(dòng)化

以較高的自動(dòng)化水平為基礎(chǔ)，動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)智能配電網(wǎng)中配電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在故障發(fā)生后進(jìn)行自動(dòng)隔離并定位故障點(diǎn)，為后期故障排除提供支持。實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)用戶負(fù)荷轉(zhuǎn)供，完善線路重合閘功能，降低各運(yùn)行事故對(duì)配電網(wǎng)狀態(tài)的影響。靈活應(yīng)用故障診斷技術(shù)和負(fù)荷控制技術(shù)等，全面了解配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行情況，及時(shí)確定故障原因與部位，安排人員到場(chǎng)處理，將停電損失降到最低。

2.3 自愈控制

當(dāng)前可選擇的自愈控制技術(shù)主要有集中控制、分散控制和集中-分散協(xié)調(diào)控制3種。在配電網(wǎng)自動(dòng)化水平不斷提升的前提下，自愈控制已經(jīng)具備了充足的實(shí)施條件。尤其是集中-分散協(xié)調(diào)控制方式，在故障處理上效率更高，具有全局性整體協(xié)調(diào)能力，是一種具有極高可行性的自愈控制技術(shù)[2]。

3 自愈控制系統(tǒng)作用分析

配電網(wǎng)運(yùn)行因多種因素影響不可避免會(huì)有故障發(fā)生。為了做到運(yùn)行狀態(tài)的觀察、檢測(cè)和控制，需要建立智能、安全、經(jīng)濟(jì)以及可靠的自愈控制系統(tǒng)。配電網(wǎng)全域自愈即對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況和設(shè)備故障狀態(tài)進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)，在事故發(fā)生的初期自動(dòng)發(fā)送報(bào)警信息，同時(shí)采取可靠的應(yīng)對(duì)措施?？梢栽诰€評(píng)估配電網(wǎng)存在的風(fēng)險(xiǎn)隱患，經(jīng)過(guò)脆弱性分析、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等進(jìn)行快速修復(fù)，將事故造成的影響控制到最小范圍，縮短停電時(shí)間，避免造成更大損失。

自愈控制系統(tǒng)需要同時(shí)具備自我預(yù)防與自我恢復(fù)的能力，核心在于前期預(yù)防，即通過(guò)防患于未然和及早發(fā)現(xiàn)處理來(lái)提高配電網(wǎng)的供電可靠性。如果檢測(cè)發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)存在運(yùn)行異常，采取自動(dòng)隔離措施，保證其他區(qū)域可以正常供電。想要達(dá)到自愈控制的目的，需要有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持，可靠收集實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)，預(yù)防應(yīng)用程序異常，做好前期管理，降低事故發(fā)生的概率[3]。在全局自愈控制支持下，可減少斷電事故的發(fā)生，縮小停電面積，在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)正常供電。當(dāng)遇到緊急情況時(shí)，通過(guò)保護(hù)加速程序、備用電源啟動(dòng)和冷備用狀態(tài)電源轉(zhuǎn)為熱備用狀態(tài)等應(yīng)急控制技術(shù)，將故障影響降到最低，以免對(duì)配電網(wǎng)狀態(tài)造成較大影響。

4 智能配電網(wǎng)供電可靠性提升技術(shù)

4.1 全域自愈方案

4.1.1 配電網(wǎng)主站

配電網(wǎng)主站應(yīng)用的是分布式控制方式，對(duì)分布式電源、電力電子設(shè)備等進(jìn)行統(tǒng)一管理及控制，即對(duì)所有分布式設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)、控制、管理以及保護(hù)。整個(gè)系統(tǒng)采用的是主站、子站和終端的3層結(jié)構(gòu)，接收配電網(wǎng)饋線終端上傳的故障信息，經(jīng)過(guò)處理后對(duì)各子站下發(fā)相關(guān)指令。配電網(wǎng)主站包括配電網(wǎng)饋線終端單元、配電網(wǎng)保護(hù)裝置和自動(dòng)化終端。其中，饋線終端單元負(fù)責(zé)向配電網(wǎng)主站實(shí)時(shí)傳送饋線信息，并對(duì)信息進(jìn)行處理、控制與存儲(chǔ)；保護(hù)裝置控制斷路器、負(fù)荷開關(guān)和隔離開關(guān)等設(shè)備狀態(tài)，如果配電網(wǎng)內(nèi)有故障發(fā)生，通過(guò)及時(shí)的跳閘動(dòng)作來(lái)切斷電路電源，隔離故障線路，同時(shí)將恢復(fù)供電指令下達(dá)給分支終端；自動(dòng)化終端接收配電網(wǎng)主站發(fā)送的饋線故障信息，然后基于配電網(wǎng)運(yùn)行情況判斷并隔離故障點(diǎn)，并基于故障信息發(fā)送控制指令[4]。

4.1.2 饋線終端

饋線終端主要負(fù)責(zé)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括饋線開關(guān)狀態(tài)、負(fù)荷電流等，用以隔離故障區(qū)域和恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)域的供電。饋線終端共有集中式和分布式兩種，后者在故障隔離與恢復(fù)供電方面優(yōu)勢(shì)更加突出，可保證供電可靠性，同時(shí)所需成本更低。智能配電網(wǎng)要做到故障定位、故障隔離、非故障區(qū)域的供電恢復(fù)以及網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)等。饋線終端作為智能配電網(wǎng)的核心部分，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可有效應(yīng)對(duì)故障問(wèn)題，對(duì)提高配電網(wǎng)供電可靠性意義重大。

4.1.3 分支終端

分支終端為分布式電源接入點(diǎn)，可作為分布式電源和傳統(tǒng)負(fù)荷的轉(zhuǎn)換器，具有很強(qiáng)的靈活性，可隔離本地故障，并完成故障信息傳輸和非故障區(qū)域的供電恢復(fù)。在智能配電網(wǎng)發(fā)生故障發(fā)生時(shí)，分支終端可將各渠道獲取的數(shù)據(jù)上傳到中心數(shù)據(jù)庫(kù)。分支終端為分布式電源、傳統(tǒng)負(fù)荷、主站的接口，可滿足分布式電源和主站之間的通信需求。

4.2 提升自動(dòng)化水平

提升智能配電網(wǎng)自動(dòng)化水平，以用戶為中心，安裝用戶端智能設(shè)備，可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)和無(wú)線通信連接，使配電網(wǎng)形成一個(gè)整體，以提高配電網(wǎng)供電可靠性。例如，用戶端智能設(shè)備分布式電源接入系統(tǒng)，同時(shí)具備接入容量小、接入電壓高和上網(wǎng)成本低等特點(diǎn)，但會(huì)對(duì)其發(fā)電狀態(tài)產(chǎn)生較大影響，表現(xiàn)為波動(dòng)性、間歇性問(wèn)題，是導(dǎo)致配電網(wǎng)供電不穩(wěn)定的主要原因[5]。因此，需要采取措施提高分布式電源與智能配電網(wǎng)的協(xié)調(diào)性，包括設(shè)置智能終端和網(wǎng)絡(luò)信息交互系統(tǒng)。由用戶端動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)發(fā)電與電壓波動(dòng)情況，同時(shí)保持與配電網(wǎng)的穩(wěn)定通信，實(shí)現(xiàn)兩者的協(xié)調(diào)發(fā)展。選擇以配電網(wǎng)通信系統(tǒng)和人工智能算法為基礎(chǔ)，通過(guò)故障預(yù)測(cè)和診斷系統(tǒng)的共同作用，確保能在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)配電網(wǎng)運(yùn)行故障，并對(duì)其進(jìn)行診斷和處理，縮小停電范圍，縮短停電時(shí)間。通過(guò)故障自愈技術(shù)可以可靠識(shí)別故障并對(duì)其進(jìn)行分區(qū)，再依據(jù)區(qū)域負(fù)荷水平和變電站等設(shè)備的重要程度進(jìn)行分級(jí)分類管理。此外，在人工智能算法的支持下，可以科學(xué)預(yù)測(cè)故障區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷變化，確認(rèn)變電站和用戶端之間的通信連接情況，基于實(shí)際情況選擇合適的措施進(jìn)行控制。

4.3 故障恢復(fù)技術(shù)

智能配電網(wǎng)要求故障恢復(fù)技術(shù)具備負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力，同時(shí)要進(jìn)行故障多目標(biāo)優(yōu)化分析，結(jié)合設(shè)備故障恢復(fù)能力確定與配電網(wǎng)高適配性的運(yùn)行控制策略。目前，可選擇的故障恢復(fù)方案有3種。一是以保護(hù)、自動(dòng)控制為核心的隔離方案；二是負(fù)荷轉(zhuǎn)供控制方案；三是最小停電損失自適應(yīng)方案。不同方案適用的條件不同，例如，第一種方案在中壓開關(guān)作用下可實(shí)現(xiàn)就地隔離，縮小故障區(qū)域，縮短非故障區(qū)的供電恢復(fù)時(shí)間。自適應(yīng)控制方案可以做到分段開關(guān)與聯(lián)絡(luò)開關(guān)的解列操作，達(dá)到降低停電損失的目的。在此基礎(chǔ)上，聯(lián)合負(fù)荷轉(zhuǎn)供能力確定供電方案，使得中壓開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)形成自環(huán)完成負(fù)荷轉(zhuǎn)供。另外，分布式電源引入智能配電網(wǎng)，建設(shè)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)，所有開關(guān)站均配置智能終端、采集和控制設(shè)備，從而協(xié)同作業(yè)來(lái)確保配電網(wǎng)的供電可靠性。

5 智能配電網(wǎng)供電可靠性提升策略

5.1 配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為進(jìn)一步提升智能配電網(wǎng)供電可靠性，可以從配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的規(guī)劃出發(fā)，在原有基礎(chǔ)上采取專業(yè)技術(shù)手段進(jìn)行優(yōu)化。電力企業(yè)要在配電網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中不斷收集分析各類數(shù)據(jù)參數(shù)，總結(jié)影響供電可靠性的各類因素，然后調(diào)整優(yōu)化配電網(wǎng)規(guī)劃和配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)。基于智能配電網(wǎng)規(guī)劃特點(diǎn)，全面且客觀地分析所有影響因素，根據(jù)當(dāng)?shù)毓╇娦枨螅茖W(xué)布局配電網(wǎng)線路，優(yōu)化配電網(wǎng)接線方式，提高配電網(wǎng)沿線電源點(diǎn)設(shè)置的科學(xué)性，確保配電網(wǎng)具有更高的負(fù)荷承載能力。路段配電網(wǎng)電源和備用容量全部要控制在規(guī)定范圍內(nèi)，以免智能配電網(wǎng)出現(xiàn)電源不足的情況。要提高對(duì)故障發(fā)生概率較大的線路的重視，以配電網(wǎng)具體規(guī)劃為依據(jù)，對(duì)地區(qū)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和原有線路的具體情況進(jìn)行客觀分析，也需要對(duì)分支線路安裝隔離開關(guān)、熔斷器和聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行同步配置，以滿足不同的供電需求。

5.2 應(yīng)用先進(jìn)設(shè)備

為預(yù)防配電網(wǎng)供電各種故障的發(fā)生，電力企業(yè)需要安排專業(yè)技術(shù)人員負(fù)責(zé)地區(qū)配電結(jié)構(gòu)的檢修維護(hù)，清晰了解智能配電網(wǎng)實(shí)際供電狀態(tài)，一旦有問(wèn)題發(fā)生，可以及時(shí)定位供電異常部位，確定影響因素后及時(shí)排除故障。電力企業(yè)應(yīng)注重先進(jìn)設(shè)備的投入，替代以往故障頻發(fā)且老化嚴(yán)重的老舊設(shè)備，充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的功能，提升配電網(wǎng)的供電可靠性。例如，應(yīng)用絕緣導(dǎo)線和高壓電纜，并以棒式絕緣子代替針式絕緣子，進(jìn)一步提升配電網(wǎng)線路的耐壓性能，降低被擊穿的可能性；可以將線路內(nèi)的油斷路器更換為真空斷路器，并以閥式避雷器代替金屬氧化物避雷器，提升配電網(wǎng)的防雷和抗過(guò)壓能力，降低發(fā)生供電中斷的可能性。隨著配電網(wǎng)智能化水平的不斷提升，可選擇的技術(shù)手段和設(shè)備儀器越來(lái)越多，收集分析配電網(wǎng)供電總負(fù)荷、運(yùn)行信息等實(shí)現(xiàn)信息化管理，能夠更好地改善配電網(wǎng)供電可靠性。

5.3 增大輸送容量

通過(guò)優(yōu)化電源模式和輸電模式，可以達(dá)到提升智能配電網(wǎng)供電可靠性的目的?；陔娫茨Ｊ胶洼旊娔Ｊ?，全面客觀地分析影響配電網(wǎng)供電狀態(tài)的因素，了解常見供電問(wèn)題的發(fā)生原因，并對(duì)電源和輸電模式進(jìn)行多層次應(yīng)用，保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的開發(fā)利用，優(yōu)化電源和輸電模式，營(yíng)造一個(gè)穩(wěn)定可靠的供電環(huán)境，使配電網(wǎng)供電過(guò)程電源充足。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)中元件結(jié)構(gòu)的改造，根據(jù)地區(qū)供電需求增加導(dǎo)線截面面積，并基于各分支線路運(yùn)行情況增設(shè)聯(lián)絡(luò)線，通過(guò)分段控制，使供電站具有更大的負(fù)荷轉(zhuǎn)移能力，提高供電可靠性。

6 結(jié) 論

智能配電網(wǎng)無(wú)論是可靠性、功能性還是故障處理方面均具有更大優(yōu)勢(shì)，但是依然會(huì)受到各種因素的干擾。為進(jìn)一步提高配電網(wǎng)供電可靠性，文章采用故障自愈技術(shù)預(yù)測(cè)運(yùn)行故障，并及時(shí)隔離故障區(qū)域和恢復(fù)非故障區(qū)域的正常供電，縮小故障影響范圍，縮短故障恢復(fù)時(shí)間。